Каталитическое гидрирование ацетилена в этилен

Рисунок 4 - Схема установки окислительного пиролиза этана.

1 - газгольдер для этана; 2 - ротационные счетчики; 3 - газгольдер для кислорода; 4 -вакуумный насос для этана. 5 - компрессор; 7 - отстойник; 8 - подогреватель; 9 - огневой подогреватель кислорода; 10 - реактор; 11 - закалочный теплообменник; 12 - скруббер; 13 - вакуумный насос; 14 – отделитель жидкости; 15 - емкость для жидкости; 16 - циркуляционный насос.

Ниже описывается промышленная установка окислительного пиролиза этана в этилен в ГДР, которая хорошо работает в течение ряда лет (рис. 4).

Она состоит из огневого подогревателя этана 8, огневого подогревателя кислорода 9, реактора 10, закалочного теплообменника 11, скруббера 12, вакуум-насоса 13, трубопроводов, системы КИП и автоматики.

Этан, поступающий из установок разделения газов гидрирования (состав: 1 - 3% объемных CH4, 93—95% объемных С2H6, 1 - 2% объемных углеводородов С3 и высших), пройдя ротационный счетчик 2, поступает в этановый газгольдер 1, куда направляется также один из обратных потоков этана из установки разделения газов пиролиза.

Этан при давлении 160 мм\ вод. ст. поступает в вентилятор 4, сжимается в нем до давления 150 мм рт. ст., затем направляется в реактор 10. Реактор состоит из смесительной камеры, распределительного устройства, выполненного в виде керамической насадки, и цилиндрической реакционной части. Реакционная смесь, пройдя снизу вверх через распределительное устройство, поступает в цилиндрическую часть, заполненную фарфоровыми шариками диаметром 40 мм. Частичное сгорание этана происходит при абсолютном давлении 410 мм рт. ст.; при этом давлении пределы взрываемости этана существенно уменьшаются. Кроме того, снижение давления благоприятно сказывается на протекании реакций дегидрирования, идущих с увеличением объема. К кислороду добавляют 10% объемных азота, чтобы сгорание происходило без взрыва.

При нормальном протекании процесса температура газа за смесительной камерой поднимается от 600 до 850° С и после выхода из реактора снижается до 800° С. Нагретый до800е С пирогаз подается в закалочный теплообменник 4. Газы пиролиза выходят из закалочного теплообменника с температурой 400° С и поступают в скруббер, в котором охлаждаются до 40° С. Для создания и поддержания в системе пиролиза абсолютного давления 410мм рт. ст. после оросительного холодильника пирогаз поступает в вакуум-насос 6 [ ].

Преимущества окислительного пиролиза

1) возможность создания агрегата большой производительности

2) конструктивная простота конструкции

3) возможность использования в качестве сырья газов с большим содержанием метана и водорода (до 50%)

Недостатки окислительного процесса

1) повышенные энергозатраты (на производство кислорода)

2) необходимость работы под вакуумом либо при значительном разбавлении водяным паром

3) образование в процессе пиролиза органических кислот, выделение которых усложняет процессы подготовки газа к газоразделению

1.2.5 Пиролиз в трубчатых печах

Наиболее широко распространенным аппаратом для осуществления термического разложения углеводородов является трубчатая печь, состоящая из следующих основных элементов (рисунок 5): реактора 1, выполненного в виде трубчатого змеевика, подогревателя сырья 2, тяговых устройств 3, газогорелочных устройств 4 и камеры сгорания 5, облицованной огнеупорной кладкой и снабженной металлическим кожухом.

В зависимости от расположения змеевика в камере сгорания различают трубчатые печи с потолочным и подовым экранами, с боковыми экранами, с потолочными экраном на наклонном своде и экраном двустороннего облучения, печь градиентного типа.

Рисунок 5 - Схема трубчатого реактора градиентного типа.

Недостатком трубчатых печей всех типов является необходимость ограничения времени контакта интервалом 0,6 – 1,3 сек., что связано со скоростью передачи тепла перерабатываемому сырью. Высокие линейные скорости газа в трубах, необходимые по условиям теплопередачи и для обеспечения требуемого времени контакта, обуславливают большие гидравлические сопротивления, снижающие выход целевых продуктов. К недостаткам трубчатых реакторов следует отнести также невозможность создания агрегатов большой производительности, соизмеримой с производительностью установок газоразделения. Однако конструктивная простота трубчатых печей, удобство эксплуатации, возможность плавного регулирования процесса в достаточно широком диапазоне составов сырья способствуют широкому применению их в промышленности.

В промышленности для пиролиза углеводородов получили распространение печи с потолочным и подовым экранами (рисунок 6), которые были сконструированы для переработки нефтепродуктов, а затем приспособлены для пиролиза этана, пропана или их смесей.

Распределение температур (рис. 5) относится к пиролизу смеси состоящей из 20% этана и 80% пропана при давлении на выходе из змеевика около 2 кг/см2. При массовой скорости 125 кг/м2 cек и превращении пропана порядка 83 % не наблюдается быстрого отложения кокса и змеевик очищают обычно через каждые четыре месяца[ ].